1. La Humanidad y el uso de los materiales. 2. Los materiales. 3. Los nuevos materiales

- Evolución histórica.

- Sobreexplotación de recursos.

- Estudio de la sostenibilidad. Solución futura.

1.1. La evolución histórica.

1.2. Recursos naturales agotables.

Fe, Cu, petróleo y gas, son claros ejemplos de recursos agotables, siendo estos últimos no renovables.

Existen más de 70.000 materiales diferentes.

Los materiales son sustancias que componen las cosas que nos rodean y han sido manufacturadas.

Ejemplo: la madera, el acero, los plásticos, el hormigón, el vidrio, el papel,etc.

Materiales

Metales y aleaciones

Compuestos

Cerámicos

Plásticos

Férreos

No férreos

Aceros

Fundiciones

Metales Pesados

Metales Ligeros

Aglomerados

Reforzados

Termoestable Termoplásticos Elastómero

Las condiciones que deben cumplir son las siguientes:

- Que sus propiedades sean adecuadas para el uso

que se le vaya a dar.

- Que puedan reciclarse fácilmente con menor consumo energético, sin contaminar el medio ambiente.

- Que no generen residuos en su propio proceso de transformación.

2.1. Metales y aleaciones

Los metales.

Las aleaciones.

Problemas que pueden presentar.

Las aleaciones son combinaciones de un metal con otro o con algún no metal, generalmente con mejores propiedades mecánicas que los metales en estado puro.

Como aleaciones del hierro, tenemos el diagrama Hierro- carbono.

Aleaciones férricas: son aleaciones de Hierro carbono.

Aleaciones no férricas: No contienen carbono o se encuentra en pequeñas este se encuentra en pequeñas cantidades.

Hierro: Se considera puro si su contenido es menor de 0,03 % de carbono.

Aceros: El acero es una aleación de hierro y carbono. ◦ Aceros al carbono.

◦ Aceros aleados.

• Fundiciones: Son aleaciones que permiten forja.

• Aceros Inoxidables.

Cobre y sus aleaciones.

Aleaciones de Níquel, Cobalto y superaleaciones.

Aleaciones Ligeras. ◦ Aluminio. -- Berilio.

◦ Titanio. -- Magnesio.

Aleaciones de Titanio.

Unión de cientos de miles de monómeros. Si empleamos siempre el mismo monómero se denomina

homopolímeros, si esta formada por diferentes se denomina copolímero.

Policondensación.

Poliadición.

Polímetros: Son sustancias de origen orgánicos formadas,

principalmente, por Carbono e Hidrógeno, con elevado peso molecular. Polimerización.

Monómeros: Son compuestos moleculares sencillos, con

enlaces covalentes.

Materias primas: La principal materia prima es el

petróleo, aunque también se utilizan materiales como madera y algodón.

Termoplásticos.

Forman largas cadenas de átomos de carbono unidos de forma rígida.

Termoestables.

Son más resistentes y frágiles, pues forman cadenas de átomos de carbono entrecruzadas.

Elastómeros.

Son capaces de deformarse al ser sometidos a presión y recuperar su forma inicial al cesar la misma.

Los materiales cerámicos son compuestos por elementos metálicos y no metálicos enlazados de forma iónica y/o covalente. ◦ Son duros y frágiles.

◦ Tienen baja tenacidad y ductilidad.

◦ Son buenos aislantes eléctricos y térmicos.

◦ Soportan altas temperaturas de fusión.

◦ Tienen buena estabilidad química.

◦ https://www.youtube.com/watch?v=i02JBBmyWss

Vidrios: Contienen un 70 % de sílice, además de sosa y cal.

Vitrocerámicas: Son vidrios que tras un tratamiento por

calor han perdido su estado amorfo, disponen de un coeficiente de dilatación muy bajo.

Arcillas: Son silicatos de aluminio hidratados.

Refractarios: Están compuestos por partículas gruesas de

óxidos metálicos unidos por material refractario más fino.

Abrasivos: Se emplean en operaciones de corte por

desgaste.

Cementos: Silicatos de calcio en forma de polvo fino.

Cerámicas avanzadas: Grupo de carburos, nitruros, boruros y óxidos. Excelentes propiedades mecánicas y físicas a elevadas temperaturas. ◦ Alúmina (Al2O3 ). Resistente a altas temperaturas y

aislante térmico.

◦ Nitruro de aluminio (AlN). Es un buen aislante eléctrico.

◦ Carburo de siicio (SiC). Excelente resistencia a la corrosión.

◦ Carburo de boro (B4C). Extrema dureza y ligero, resistente al desgaste por abrasión.

Los materiales compuestos están formados por dos o más constituyentes con diferente forma y composición química e insolubles entre sí, uno en forma de matriz o material aglutinante y otro en forma de refuerzo, como fibra o partículas

https://www.youtube.com/watch?v=pEUBRntSduI&feature=related

Materiales

compuestos

Refuerzo Matriz

Refuerzo con partículas.

Refuerzo con fibra.

Refuerzo estructural.

Matriz metálica. Se trata de matrices de metales como

Al, Cu. Su uso principal es el aeronáutico.

Matriz cerámica. Matriz de C con fibras de grafito, que

se emplea para mejorar la tenacidad de las cerámicas y conservar sus propiedades.

Matriz polimérica. Son matrices de poliéster con fibra

de carbono. Mayor flexibilidad de la matriz y resistencia.

En construcción: actualmente se incorporan otros materiales como fibra de carbono, polímeros, vidrio que combinados forman los composites.

En medicina: materiales biocompatibles; nuevas técnicas de diagnóstico (tep); nanopartículas; puntos cuánticos; …

En energía: mayor aprovechamiento de la luz solar con nuevos materiales fotovoltaicos, baterías más ligeras, pilas de combustible, etc.

En electrónica: cristal líquido en las teles, los ccd de las cámaras digitales, …

Todos estos desafíos en las distintas disciplinas se están centrando en un área nueva de investigación que es la nanotecnología

Ya vimos anteriormente las cualidades del acero, del hormigón armado y otros metales flexibles y resistentes a la tracción.

Los composites son la solución a los problemas de

corrosión, tracción, etc. Dentro de estos materiales destacan como resinas o relleno:

La fibra de carbono: es más resistente que el acero y más

ligera. No se oxida, es moldeable y resistente a las variaciones de temperatura. Se usa en aeronáutica, automoción, bicicletas , cañas de pescar,…

La fibra de vidrio: tiene propiedades similares a la anterior, aunque menos resistente. Tiene la ventaja de ser más barata su fabricación. Usos en automoción, materiales deportivos, cables de fibra óptica,…

Las pilas de combustible son la alternativa a la energía clásica de combustión, utililizándolas en los coches eléctricos. Se obtiene de manera directa e. Eléctrica a partir del hidrógeno u otros combustibles.

Las placas fotovoltaicas de silicio combinado con boro y fósforo crean e. Eléctrica atrapando la e. De la luz. Lo último es introducir la nanotecnología.

Gracias a la ingeniería biomédica se están consiguiendo materiales y técnicas de diagnóstico que mejoran la salud de los pacientes.

Polímeros de resina y cuarzo para los empastes; silicona para implantes de todo tipo; válvulas cardíacas de titanio-al-v; mallas para las arterias de níquel-ti; utilización de titanio para implantes de cadera, placas o tornillos; etc.

Utilización del tep para mostrar la actividad de los tejidos y hacer estudios cancerígenos, neurológicos, ETC.

Es el conjunto de conocimientos y técnicas que permiten controlar la producción de estructuras a escala molecular y atómica. DEBE SU NOMBRE AL PREFIJO NANO = 1 nm = 10-9 m. ( 1micra = 1000 nm). Las aplicaciones son múltiples: 1. Catalizadores: para fabricar gasolinas fragmentando las

moléculas de los hidrocarburos. 2. Almacenamiento de datos: obtención de microchips con

transistores más pequeños. 3. Encapsulado de fármacos : liposomas que contienen un

fármaco y mejoran la dosificación. 4. Recubrimientos: filtros solares, cerámicas más duras,… 5. Investigación biomédica: los puntos cuánticos que permiten

visualizar la migración de c. Cancerígenas Etc.

I+D+I Representa el esfuerzo conjunto de toda la sociedad para el avance de la investigación y su aplicación. Incluye i. Básica( csic); i. Aplicada (grandes empresas) e innovación empresarial (pyme).

Desde el mundo académico existen instituciones como :

fecyt; ott; otris;…

Los grandes proyectos científicos exigen inversiones económicas durante plazos muy prolongados y se justifican por la contribución al saber humano; la apertura de nuevas fronteras científicas y aplicaciones prácticas que mejoran la calidad de vida.